激光增材制造过程的工艺参数直接影响成型件的成形质量及性能,对工艺参数的优化是实现成形质量调控的最有效方法。建立准确、高精度的工艺参数与成形质量之间的模型,对于成形质量的预测及工艺参数的优选极其重要。对激光增材制造工艺参数优化建模的方法进行了总结和综述,且对工艺系统开发进行了现状分析,论述了工艺优化建模方法的原理以及优缺点,最后对激光增材制造工艺优化建模研究前景进行了展望。

激光增材制造（LAM）涉及了复杂的热作用加工过程,在该工艺下制备的多层结构成形件也具有复杂的微观组织结构特征。而成形件的微观组织结构特征决定了其机械性能,优化微观组织结构特征是进一步实现机械性能的精确调控的关键所在。本文综述了LAM多层结构成形件的微观组织结构特征,总结了其微观组织结构特征演变的影响因素,为实现LAM多层结构成形件的微观组织结构特征优化提供参考。

综述了焊丝成分、焊丝熔入行为以及与焊丝相关的工艺参数对激光填丝焊接过程的影响。在适当的工艺参数下, 确保焊丝连续平稳过渡, 能够实现稳定的焊接过程, 避免焊接缺陷的产生, 大幅提高激光焊接质量和焊缝性能。要实现激光填丝智能、高效、高质量的焊接, 还需进一步研究相互关联的工艺参数的多目标优化、焊丝成分的精确控制、加热焊丝的能量和焊丝温度的优化和精确控制等。

激光深熔焊接过程的稳定性与焊接时的金属蒸气动力学行为密切相关。采取特殊试验方法对高功率激光深熔焊接小孔内喷出的金属蒸气流力学特性进行研究, 观察分析了在金属蒸气流的推动作用下自由下落金属球的速度变化以及从小孔飞出的飞溅熔滴速度大小。结果得出, 激光深熔焊接过程中激光功率越大、离小孔开口处距离越小, 由小孔喷出的金属蒸气流的推力越大; 相同激光功率焊接时, 飞出小孔的飞溅具有的速度和动能远大于金属蒸气推动金属球获得的速度和动能增量, 揭示了飞溅在飞出小孔前已经获得较大动能。由此得出, 相比于小孔内高压蒸气流和流动的焊接熔池熔液的动力学作用, 从小孔喷出后的金属蒸气流的推动作用甚微。

激光-电弧复合焊接是一类稳定、可靠、加工效率高的新型制造技术, 急需在国内工业制造领域进行推广应用。基于标准正交试验设计方法, 分析探讨了4 mm厚5A06高强铝合金光纤激光-MIG电弧复合焊接的表面成形规律与气孔特性。实验结果表明, 工艺参数对试样熔深的影响由大至小依次为焊接速度、电弧焊接参数、离焦量、激光功率、光丝间距。实验参数为焊接速度25 mm/s、离焦量＋2 mm、送丝速度9 m/min、电流123 A、电压23 V、激光功率3 kW、光丝间距3 mm时, 可获得良好的试样表面成形。相比铝合金纯激光填丝焊接, 稳定的光纤激光-MIG电弧复合焊接无需对母材进行精细的氢来源控制和复杂的焊接前后处理, 即可有效地减少甚至完全消除铝合金试样的接头氢气孔。抑制气孔的机理主要从优化熔池流动行为、增强熔池小孔稳定性、降低熔池凝固速率三方面考虑。

为了研究高功率光纤激光焊接工艺参量对底部驼峰倾向的影响,采用单一变量方法研究了激光功率、焊接速度、离焦量、下表面保护气体流量及焊接方位的变化对底部驼峰的影响.结果表明,随激光功率的增加,底部驼峰倾向先加大后减小;焊接速率提高时,底部驼峰高度先增加后减小,驼峰间距明显减小;离焦量在0mm附近时,底部驼峰倾向较大;适当的下表面保护气体流量有助于减小底部驼峰倾向,最佳流量为15L/min;焊接方位为60°时,一定程度上可减小底部驼峰倾向.优化后的工艺参量合理,可有效地消除底部驼峰.

为了准确模拟焊接过程中小孔的瞬态形成过程,采用水平集法追踪小孔气/液界面,运用混合理论处理固/液相变,建立了气、液、固三相耦合模型。该模型综合考虑了表面张力、浮力、反冲压力、固/液间摩擦力、潜热、对流以及辐射等影响因素,数值计算得到小孔演变的动态过程和孔内外金属蒸汽行为。模拟发现,小孔形貌瞬态变化,前后壁凹凸变形,逐渐趋于稳定,孔径约为1mm;金属蒸汽与小孔相互影响,最大蒸汽速率为5.3m/s。采用改进的“三明治”方法进行激光焊接实验验证,实验结果与模拟结果相吻合。结果表明,水平集法追踪小孔自由界面在激光深熔焊模拟中具有良好的适用性。这为小孔的研究提供了理论依据。

高功率光纤激光焊接SUS 304 不锈钢板的过程中，熔池由于受力不平衡出现下掉，并在试件底部流动堆积，从而形成底部驼峰。采用高速摄像和“三明治”试件焊接新方法，分别从不同角度拍摄熔融金属的流动情况并从侧面直接观测小孔和熔池的变化过程。结果表明，孔内熔融金属流动的不连续和小孔前沿孔壁凸起向下移动，以及孔内金属蒸气压力导致小孔底部熔池形成多个熔滴；底部熔池表面张力和熔池的流动导致熔融金属不断向后流动从而汇聚形成驼峰；底部驼峰的形成影响熔池的流动状态，是导致焊缝表面塌陷的原因。

阐述脉冲激光修整技术的基本原理和特点，从超硬磨料砂轮激光修整技术的工艺参数优化、数值模拟仿真两方面对其研究进展进行综述，指出该技术目前正面临的主要问题，并对其发展方向进行预测和展望。超硬磨料砂轮激光修整技术目前已经取得了较大的进步，但基础科学理论、砂轮表面质量评价、在线精密修整技术等关键性技术仍然是该领域非常棘手的难题，有待对其进行更深层次的探索和研究。

为了研究错边量变化对车用镀锌钢光纤激光对接焊焊接性能的影响, 采用正交试验, 获得无错边状态下的最优焊接参量, 在该最优参量下进行了不同错边量的焊接接头的表面、截面形貌分析, 以及显微硬度、接头力学性能和金相组织测试, 还研究了对接间隙对临界错边量的影响。结果表明, 当错边量小于或等于0.30mm(约板厚的17%)时, 焊缝表面成形良好; 焊缝区和热影响区显微硬度高于母材; 焊缝拉伸强度优于母材, 且拉伸试验均断裂在母材区; 错边量的变化对金相组织无明显影响; 对接间隙的变化对最大允许错边量值有很大影响。